Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Эволюция вселенной



 Другие рефераты
Станция МИР Аксиоматика векторного пространства Эволюция звезд Алгебра Дж. Буля и ее применение в теории и практике информатики

Введение


  Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно.  Ведь  Вселенная  во
много раз старше астрономии и вообще  человеческой  культуры.  Зарождение  и
эволюция  жизни  на  земле  является  лишь  ничтожным  звеном   в   эволюции
Вселенной. И всё  же  исследования  проведенные  в  нашем  веке,  приоткрыли
занавес,  закрывающий от нас далекое прошлое.

  Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что  началом
Вселенной,  приблизительно  десять  миллиардов  лет  назад,  был  гигантский
огненный шар, раскаленный и плотный. Его состав весьма прост. Этот  огненный
шар был на столько раскален, что  состоял  лишь  из  свободных  элементарных
частиц, которые стремительно двигались, сталкиваясь друг с другом.
  На протяжении десяти миллиардов лет после   “большого  взрыва”  простейшее
бесформенное вещество постепенно превращалось в атомы, молекулы,  кристаллы,
породы,  планеты.  Рождались  звезды,  системы,   состоящие   из   огромного
количества элементарных частиц с весьма простой организацией.  На  некоторых
планетах могли возникнуть формы жизни.

                    [pic]
                   Начало Вселенной


  Вселенная постоянно расширяется. Тот момент с  которого  Вселенная  начала
расширятся, принято считать ее  началом.  Тогда  началась  первая  и  полная
драматизма эра в истории  вселенной,  ее  называют   “большим  взрывом”  или
английским термином Big Bang.
   Под расширением Вселенной подразумевается  такой  процесс,  когда  то  же
самое   количество  элементарных  частиц  и   фотонов   занимают   постоянно
возрастающий объём. Средняя  плотность  Вселенной  в  результате  расширения
постепенно понижается. Из этого следует, что в прошлом  Плотность  Вселенной
была больше, чем в настоящее  время.  Можно  предположить,  что  в  глубокой
древности (примерно десять миллиардов лет назад)  плотность  Вселенной  была
очень большой. Кроме того высокой должна была быть и температура,  настолько
высокой, что плотность излучения превышала плотность вещества. Иначе  говоря
энергия всех фотонов содержащихся в  1  куб.  см  была  больше  суммы  общей
энергии частиц, содержащихся в 1 куб. см. На самом раннем  этапе,  в  первые
мгновения “большого взрыва” вся материя была сильно  раскаленной   и  густой
смесью частиц, античастиц  и  высокоэнергичных  гамма-фотонов.  Частицы  при
столкновении   с   соответствующими   античастицами    аннигилировали,    но
возникающие  гамма-фотоны  моментально   материализовались   в   частицы   и
античастицы.
   Подробный анализ показывает, что температура  вещества  Т  понижалась  во
времени в соответствии с простым соотношением :


                         T =     1010       K .
                                    Ц t

   Зависимость температуры Т от времени t дает нам  возможность  определить,
что например, в момент,  когда  возраст  вселенной  исчислялся  всего  одной
десятитысячной  секунды,   её  температура   представляла    один    биллион
Кельвинов.
   Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе  Вселенной  со
временем понижалась,  что  и  отражается  в  соотношении.  Это  значит,  что
понижалась средняя кинетическая энергия частиц  kT  .  Согласно  соотношению
hn=kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь  в  том  случае,  если
уменьшится их частота  n. Понижение энергии фотонов  во  времени  имело  для
возникновения частиц и античастиц путем материализации  важные  последствия.
Для того чтобы фотон превратился (материализовался) в частицу и  античастицу
с массой mo и энергией покоя moc2,  ему необходимо обладать  энергией  2moc2
или большей. Эта  зависимость выражается  так :

                                     hn >=2moc2

   Со временем энергия фотонов понижалась,  и  как  только  она  упала  ниже
произведения энергии частицы и античастицы (2moc2), фотоны уже  не  способны
были  обеспечить  возникновение  частиц  и  античастиц  с  массой  mo.  Так,
например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2.938 Мэв =  938  Мэв,  не
способен материализоваться в протон и антипротон, потому что  энергия  покоя
протона равна 938 мэв.
   В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов  hn  кинетической
энергией частиц kT ,

                                 kT >= 2 moc2
то есть
                                 T >= 2 moc2  .
                                               k

Знак  неравенства  означает  следующее:   частицы   и   соответствующие   им
античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех  пор,
пока    температура    вещества    T     не     упала     ниже     значения.


                                           2 moc2
                                               k

   На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов  рождались  частицы  и
античастицы. Этот процесс  постоянно  ослабевал,  что  привело  к  вымиранию
частиц и античастиц.  Поскольку  аннигиляция  может  происходить  при  любой
температуре, постоянно осуществляется процесс частица  +  античастица   Ю  2
гамма-фотона при условии соприкосновения вещества с  антивеществом.  Процесс
материализации гамма-фотон Ю частица + античастица мог  протекать  лишь  при
достаточно  высокой  температуре.  Согласно  тому,  как   материализация   в
результате понижающейся  температуры раскаленного вещества  приостановилась.
Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры  :  адронную,  лептонную,
фотонную и звездную.

а)   Адронная эра.   При очень высоких  температурах  и  плотности  в  самом
начале существования Вселенной  материя  состояла  из  элементарных  частиц.
Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов,  и  поэтому
ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в  то
время существовали и лептоны.
   Через миллионную долю секунды с момента рождения  Вселенной,  температура
T упала на  10  биллионов  Кельвинов(1013K).  Средняя  кинетическая  энергия
частиц kT и  фотонов  hn  составляла  около  миллиарда  эв  (103  Мэв),  что
соответствует энергии покоя  барионов.  В  первую  миллионную  долю  секунды
эволюции Вселенной происходила материализация всех  барионов  неограниченно,
так же, как и аннигиляция. Но по  прошествии  этого  времени  материализация
барионов прекратилась, так  как  при  температуре  ниже  1013  K  фотоны  не
обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс  аннигиляции
барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление  излучения  не
отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые  тяжелые  из
барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в  самые  легкие
из барионов (протоны и нейтроны). Так во  вселенной  исчезла  самая  большая
группа барионов - гипероны. Нейтроны могли  дальше  распадаться  в  протоны,
которые  далее  не  распадались,  иначе  бы   нарушился   закон   сохранения
барионного заряда. Распад гиперонов происходил  на  этапе  с  10-6  до  10-4
секунды.
   К моменту, когда возраст Вселенной достиг  одной  десятитысячной  секунды
(10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц  и  фотонов
представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых  легких
адронов - пионов. Пионы,  существовавшие  ранее,  распадались,  а  новые  не
могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст  Вселенной
достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная  эра,
потому  что  пионы  являются  не  только  самыми  легкими  мезонами,  но   и
легчайшими адронами. Никогда после  этого  сильное  взаимодействие  (ядерная
сила) не проявлялась  во  Вселенной  в  такой  мере,  как  в  адронную  эру,
длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

б)  Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в  пределах  от
100  Мэв  до  1  Мэв  в  веществе  было  много  лептонов.  Температура  была
достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное  возникновение  электронов,
позитронов и нейтрино. Барионы (протоны  и  нейтроны),  пережившие  адронную
эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.
   Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов -  в  мюоны
и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре  1010
K, когда энергия  фотонов уменьшилась до 1 Мэв и  материализация  электронов
и позитронов прекратилась.  Во  время  этого  этапа  начинается  независимое
существование  электронного  и  мюонного  нейтрино,  которые   мы   называем
“реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось  огромным  количеством
реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

в)  Фотонная эра или эра  излучения.  На  смену  лептонной  эры  пришла  эра
излучения, как только  температура  Вселенной  понизилась  до  1010  K  ,  а
энергия  гамма  фотонов  достигла  1  Мэв,  произошла   только   аннигиляция
электронов  и  позитронов.  Новые  электронно-позитронные  пары   не   могли
возникать  вследствие  материализации,  потому,  что  фотоны   не   обладали
достаточной энергией. Но аннигиляция электронов  и  позитронов  продолжалась
дальше,  пока  давление  излучения  полностью  не   отделило   вещество   от
антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная  была  заполнена
фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в  два  миллиарда  раз  больше,
чем протонов и электронов. Важнейшей  составной  Вселенной  после  лептонной
эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по  энергии.
   Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во  Вселенной,
была  введена  величина  плотности  энергии.  Это  количество  энергии  в  1
куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что  вещество  во
Вселенной распределено равномерно). Если  сложить  вместе  энергию  hn  всех
фотонов,  присутствующих  в  1  куб.см,  то  мы  получим  плотность  энергии
123
скачать работу


 Другие рефераты
Документооборот
Халықаралық еңбек бөлінісі
Место Италии в международном географическом разделении труда
СУБД ACCESS’пен танысу, кесте құру


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ